(57)【要約】【課題】  表面データのみで構成されている３次元立体物の任意の断面部にも表面データを持たせてその断面を可視化して３次元物体が再生可能な計算機ホログラムとホログラフィックステレオグラムを作成する。【解決手段】  ３次元物体の多数の２次元断面像データを取得する工程ＳＴ１１と、その多数の２次元断面像データからその３次元物体の表面データのみからなる３次元物体像データを作成する工程ＳＴ１２と、その表面データのみからなる３次元物体を所定の断面で切り出す工程ＳＴ１３と、切り出された断面にその面を表す表面データを加えてホログラムとして記録する３次元物体の形状を定義する工程ＳＴ１４と、定義された３次元物体とホログラム面と参照光との配置を定義してホログラム面上での干渉縞を求める工程ＳＴ１５〜ＳＴ１７と、得られた干渉縞を記録媒体上に記録する工程ＳＴ１８〜２０とを含む。【選択図】        図１
2005157337.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
可視化断面を有する３次元物体が記録されている計算機ホログラムの作成方法において、３次元物体の多数の２次元断面像データを取得する工程と、取得された多数の２次元断面像データからその３次元物体の表面データのみからなる３次元物体像データを作成する工程と、作成された表面データのみからなる３次元物体を所定の断面で切り出す工程と、切り出された断面にその面を表す表面データを加えてホログラムとして記録する３次元物体の形状を定義する工程と、定義された３次元物体とホログラム面と参照光との配置を定義してホログラム面上での干渉縞を求める工程と、得られた干渉縞を記録媒体上に記録する工程とを含むことを特徴とする可視化断面を有する３次元物体が記録された計算機ホログラムの作成方法。
【請求項２】
前記３次元物体の多数の２次元断面像データが、Ｘ線−ＣＴ、ＭＲＩ又はＴＥＭによって得られたものであることを特徴とする請求項１記載の可視化断面を有する３次元物体が記録された計算機ホログラムの作成方法。
【請求項３】
可視化断面を有する３次元物体が記録されている計算機ホログラムの作成方法において、３次元物体の体積データを取得する工程と、取得された３次元物体の体積データからその３次元物体の表面データのみからなる３次元物体像データを作成する工程と、作成された表面データのみからなる３次元物体を所定の断面で切り出す工程と、切り出された断面にその面を表す表面データを加えてホログラムとして記録する３次元物体の形状を定義する工程と、定義された３次元物体とホログラム面と参照光との配置を定義してホログラム面上での干渉縞を求める工程と、得られた干渉縞を記録媒体上に記録する工程とを含むことを特徴とする可視化断面を有する３次元物体が記録された計算機ホログラムの作成方法。
【請求項４】
前記３次元物体の体積データが、Ｘ線−ＣＴ、ＭＲＩ又はＴＥＭによって得られたものであることを特徴とする請求項３記載の可視化断面を有する３次元物体が記録された計算機ホログラムの作成方法。
【請求項５】
請求項１から４の何れか１項記載の可視化断面を有する３次元物体が記録された計算機ホログラムの作成方法によって作成されたことを特徴とする可視化断面を有する３次元物体が記録された計算機ホログラム。
【請求項６】
同一３次元物体に対して、任意の断面で切り出し、その断面を可視化した３次元物体を再生可能に記録した１個又は複数の計算機ホログラムと、断面で切り出す前の３次元物体を再生可能に記録した計算機ホログラムとが多重化されて１枚の計算機ホログラムとして記録されていることを特徴とする可視化断面を有する３次元物体が記録された計算機ホログラム。
【請求項７】
多重化されて記録されている各計算機ホログラムから再生される３次元物体の相対位置が同じになるように記録されていることを特徴とする請求項６記載の可視化断面を有する３次元物体が記録された計算機ホログラム。
【請求項８】
３次元物体の多数の２次元断面像データを取得する工程と、取得された多数の２次元断面像データからその３次元物体の表面データのみからなる３次元物体像データを作成する工程と、作成された表面データのみからなる３次元物体を所定の断面で切り出す工程と、切り出された断面にその面を表す表面データを加えてホログラムとして記録する３次元物体の形状を定義する工程と、定義された３次元物体とホログラム面と参照光との配置を定義してホログラム面上での干渉縞を求める工程と、得られた干渉縞を記録媒体上に記録する工程とを含む可視化断面を有する３次元物体が記録された計算機ホログラムの作成方法によって作成された計算機ホログラムが所定位置に添付されていることを特徴とする印刷物。
【請求項９】
３次元物体の体積データを取得する工程と、取得された３次元物体の体積データからその３次元物体の表面データのみからなる３次元物体像データを作成する工程と、作成された表面データのみからなる３次元物体を所定の断面で切り出す工程と、切り出された断面にその面を表す表面データを加えてホログラムとして記録する３次元物体の形状を定義する工程と、定義された３次元物体とホログラム面と参照光との配置を定義してホログラム面上での干渉縞を求める工程と、得られた干渉縞を記録媒体上に記録する工程とを含む可視化断面を有する３次元物体が記録された計算機ホログラムの作成方法によって作成された計算機ホログラムが所定位置に添付されていることを特徴とする印刷物。
【請求項１０】
可視化断面を有する３次元物体が記録されているホログラフィックステレオグラムの作成方法において、３次元物体の多数の２次元断面像データを取得する工程と、取得された多数の２次元断面像データからその３次元物体の表面データのみからなる３次元物体像データを作成する工程と、作成された表面データのみからなる３次元物体を所定の断面で切り出す工程と、切り出された断面にその面を表す表面データを加えてホログラムとして記録する３次元物体の形状を定義する工程と、定義された３次元物体から観察方向の異なる複数の２次元原画を作成する工程と、前記２次元原画各々に関する要素ホログラムを各々の観察方向に対応するホログラム面上の位置に１次元あるいは２次元方向に並列して記録する工程とを含むことを特徴とする可視化断面を有する３次元物体が記録されたホログラフィックステレオグラムの作成方法。
【請求項１１】
前記３次元物体の多数の２次元断面像データが、Ｘ線−ＣＴ、ＭＲＩ又はＴＥＭによって得られたものであることを特徴とする請求項１０記載の可視化断面を有する３次元物体が記録されたホログラフィックステレオグラムの作成方法。
【請求項１２】
可視化断面を有する３次元物体が記録されているホログラフィックステレオグラムの作成方法において、３次元物体の体積データを取得する工程と、取得された３次元物体の体積データからその３次元物体の表面データのみからなる３次元物体像データを作成する工程と、作成された表面データのみからなる３次元物体を所定の断面で切り出す工程と、切り出された断面にその面を表す表面データを加えてホログラムとして記録する３次元物体の形状を定義する工程と、定義された３次元物体から観察方向の異なる複数の２次元原画を作成する工程と、前記２次元原画各々に関する要素ホログラムを各々の観察方向に対応するホログラム面上の位置に１次元あるいは２次元方向に並列して記録する工程とを含むことを特徴とする可視化断面を有する３次元物体が記録されたホログラフィックステレオグラムの作成方法。
【請求項１３】
前記３次元物体の体積データが、Ｘ線−ＣＴ、ＭＲＩ又はＴＥＭによって得られたものであることを特徴とする請求項１２記載の可視化断面を有する３次元物体が記録されたホログラフィックステレオグラムの作成方法。
【請求項１４】
請求項１１から１３の何れか１項記載の可視化断面を有する３次元物体が記録されたホログラフィックステレオグラムの作成方法によって作成されたことを特徴とする可視化断面を有する３次元物体が記録されたホログラフィックステレオグラム。
【請求項１５】
３次元物体の多数の２次元断面像データを取得する工程と、取得された多数の２次元断面像データからその３次元物体の表面データのみからなる３次元物体像データを作成する工程と、作成された表面データのみからなる３次元物体を所定の断面で切り出す工程と、切り出された断面にその面を表す表面データを加えてホログラムとして記録する３次元物体の形状を定義する工程と、定義された３次元物体から観察方向の異なる複数の２次元原画を作成する工程と、前記２次元原画各々に関する要素ホログラムを各々の観察方向に対応するホログラム面上の位置に１次元あるいは２次元方向に並列して記録する工程とを含む可視化断面を有する３次元物体が記録されたホログラフィックステレオグラムの作成方法によって作成されたホログラフィックステレオグラムが所定位置に添付されていることを特徴とする印刷物。
【請求項１６】
３次元物体の体積データを取得する工程と、取得された３次元物体の体積データからその３次元物体の表面データのみからなる３次元物体像データを作成する工程と、作成された表面データのみからなる３次元物体を所定の断面で切り出す工程と、切り出された断面にその面を表す表面データを加えてホログラムとして記録する３次元物体の形状を定義する工程と、定義された３次元物体から観察方向の異なる複数の２次元原画を作成する工程と、前記２次元原画各々に関する要素ホログラムを各々の観察方向に対応するホログラム面上の位置に１次元あるいは２次元方向に並列して記録する工程とを含む可視化断面を有する３次元物体が記録されたホログラフィックステレオグラムの作成方法によって作成されたホログラフィックステレオグラムが所定位置に添付されていることを特徴とする印刷物。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、可視化断面を有する３次元物体が記録された計算機ホログラム、ホログラフィックステレオグラムの作成方法及び可視化断面を有する３次元物体が記録された計算機ホログラム（ＣＧＨ）、ホログラフィックステレオグラムに関し、特に、３次元測定データから構成された３次元物体を計算機ホログラム及びホログラフィックステレオグラムとして記録するに当たり、その３次元物体の任意の断面が同時に観察できるように加工して計算機ホログラム及びホログラフィックステレオグラムとして記録する方法と、そのような計算機ホログラム及びホログラフィックステレオグラムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、物質の内部の構造を観察するための測定装置として、Ｘ線−ＣＴ（X-ray Computer Tomogrphy）、ＭＲＩ（Magnetic Resonance Imaging）、ＴＥＭ（Transmittance electron Microscope ）等があげられる。最近では、これらの測定装置によって得られる多数の断面の２次元断面像データを加工して、測定対象物の３次元構造を観察する手法が報告されている（非特許文献１）。
【０００３】
しかし、得られた３次元構造を表示するデバイスとしては、ＣＲＴディスプレイ等の２次元画像表示装置が用いられるため、３次元構造を表示したとしても実際には２次元画像を観察していることになる。
【０００４】
また、このような２次元断面像データを加工して得られる３次元構造は、３次元立体物（測定対象物）の表面データのみで構成されているため、その３次元立体像を任意の断面で切ったとき、断面部は輪郭の一部のみで示され、表示される３次元立体像に正常の断面像を持たせることができない。
【０００５】
さらに、以上のような３次元構造を３次元表示媒体に記録して配布等をすることができない。
【特許文献１】特開２００１−１０９３６２号公報
【特許文献２】特開２００２−２０４７９６号公報
【特許文献３】特開２００４−２６４８３９号公報
【特許文献４】特開２００２−７２８３７号公報
【特許文献５】特開昭５２−４８５５号公報
【特許文献６】特許第２，８８４，６４６号公報
【特許文献７】特開平６−２６６２７４号公報
【特許文献８】特開平７−２６１６４９号公報
【特許文献９】特開２００１−３１８５７８公報
【非特許文献１】Ｐｈｙｓ．Ｒｅｖ．Ｌｅｔｔ．，８４，ｐｐ．５１８〜５２１，２０００
【非特許文献２】「３次元画像コンファレンス‘９９−３Ｄ  Ｉｍａｇｅ  Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ‘９９−」講演論文集ＣＤ−ＲＯＭ（１９９９年６月３０日〜７月１日  工学院大学新宿校舎）、論文「ＥＢ描画によるイメージ型バイナリＣＧＨ（３）−隠面消去・陰影付けによる立体感の向上−」
【非特許文献３】Ｊ．Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｓｏｃｉｅｔｙ  ｏｆ  Ａｍｅｒｉｃａ，Ａ／Ｖｏｌ．１（６），（１９８４），ｐｐ．６１２〜６１９
【非特許文献４】「機能材料」２００２年１０月号（Ｖｏｌ．２２，Ｎｏ．１０），ｐｐ．１１〜１９
【非特許文献５】辻内順平著「物理学選書２２．ホログラフィー」ｐｐ．３３〜３６（（株        ）裳華房発行（１９９７年１１月５日））
【非特許文献６】第２０回画像コンファレンス論文集ｐｐ．３２３〜３２６（１９８９）
【非特許文献７】第２１回画像コンファレンス論文集ｐｐ．２４３〜２４６（１９９０）
【非特許文献８】第２３回画像コンファレンス論文集ｐｐ．３１７〜３２０（１９９２）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は従来技術のこのような問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、表面データのみで構成されている３次元立体物を任意の断面で切ったときに、その断面部にも表面データを持たせて可視化し、その３次元立体物データから可視化断面を有する３次元物体が再生可能に記録された計算機ホログラムを作成する方法とそのような計算機ホログラム自体を提供することである。
【０００７】
本発明の別の目的は、そのような可視化断面を有する３次元物体が再生可能に記録されたホログラフィックステレオグラムを作成する方法とそのようなホログラフィックステレオグラム自体を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成する本発明の可視化断面を有する３次元物体が記録された計算機ホログラムの作成方法は、可視化断面を有する３次元物体が記録されている計算機ホログラムの作成方法において、３次元物体の多数の２次元断面像データを取得する工程と、取得された多数の２次元断面像データからその３次元物体の表面データのみからなる３次元物体像データを作成する工程と、作成された表面データのみからなる３次元物体を所定の断面で切り出す工程と、切り出された断面にその面を表す表面データを加えてホログラムとして記録する３次元物体の形状を定義する工程と、定義された３次元物体とホログラム面と参照光との配置を定義してホログラム面上での干渉縞を求める工程と、得られた干渉縞を記録媒体上に記録する工程とを含むことを特徴とする方法である。
【０００９】
この場合に、３次元物体の多数の２次元断面像データは、例えば、Ｘ線−ＣＴ、ＭＲＩ又はＴＥＭによって得られたものとすることができる。
【００１０】
本発明の可視化断面を有する３次元物体が記録された計算機ホログラムのもう１つの作成方法は、可視化断面を有する３次元物体が記録されている計算機ホログラムの作成方法において、３次元物体の体積データを取得する工程と、取得された３次元物体の体積データからその３次元物体の表面データのみからなる３次元物体像データを作成する工程と、作成された表面データのみからなる３次元物体を所定の断面で切り出す工程と、切り出された断面にその面を表す表面データを加えてホログラムとして記録する３次元物体の形状を定義する工程と、定義された３次元物体とホログラム面と参照光との配置を定義してホログラム面上での干渉縞を求める工程と、得られた干渉縞を記録媒体上に記録する工程とを含むことを特徴とする方法である。
【００１１】
この場合に、３次元物体の体積データは、例えば、Ｘ線−ＣＴ、ＭＲＩ又はＴＥＭによって得られたものとすることができる。
【００１２】
本発明は、このような作成方法によって作成された可視化断面を有する３次元物体が記録された計算機ホログラムも含むものである。
【００１３】
また、本発明の可視化断面を有する３次元物体が記録された計算機ホログラムは、同一３次元物体に対して、任意の断面で切り出し、その断面を可視化した３次元物体を再生可能に記録した１個又は複数の計算機ホログラムと、断面で切り出す前の３次元物体を再生可能に記録した計算機ホログラムとが多重化されて１枚の計算機ホログラムとして記録されているものである。
【００１４】
この場合に、多重化されて記録されている各計算機ホログラムから再生される３次元物体の相対位置が同じになるように記録されていることが望ましい。
【００１５】
本発明は、以上のような作成方法によって作成された計算機ホログラムが所定位置に添付されている印刷物を含むものである。
【００１６】
また、本発明の可視化断面を有する３次元物体が記録されたホログラフィックステレオグラムの作成方法は、可視化断面を有する３次元物体が記録されているホログラフィックステレオグラムの作成方法において、３次元物体の多数の２次元断面像データを取得する工程と、取得された多数の２次元断面像データからその３次元物体の表面データのみからなる３次元物体像データを作成する工程と、作成された表面データのみからなる３次元物体を所定の断面で切り出す工程と、切り出された断面にその面を表す表面データを加えてホログラムとして記録する３次元物体の形状を定義する工程と、定義された３次元物体から観察方向の異なる複数の２次元原画を作成する工程と、前記２次元原画各々に関する要素ホログラムを各々の観察方向に対応するホログラム面上の位置に１次元あるいは２次元方向に並列して記録する工程とを含むことを特徴とする方法である。
【００１７】
この場合、３次元物体の多数の２次元断面像データは、例えば、Ｘ線−ＣＴ、ＭＲＩ又はＴＥＭによって得られたものとすることができる。
【００１８】
本発明の可視化断面を有する３次元物体が記録されたホログラフィックステレオグラムのもう１つの作成方法は、可視化断面を有する３次元物体が記録されているホログラフィックステレオグラムの作成方法において、３次元物体の体積データを取得する工程と、取得された３次元物体の体積データからその３次元物体の表面データのみからなる３次元物体像データを作成する工程と、作成された表面データのみからなる３次元物体を所定の断面で切り出す工程と、切り出された断面にその面を表す表面データを加えてホログラムとして記録する３次元物体の形状を定義する工程と、定義された３次元物体から観察方向の異なる複数の２次元原画を作成する工程と、前記２次元原画各々に関する要素ホログラムを各々の観察方向に対応するホログラム面上の位置に１次元あるいは２次元方向に並列して記録する工程とを含むことを特徴とする方法である。
【００１９】
この場合に、３次元物体の体積データは、例えば、Ｘ線−ＣＴ、ＭＲＩ又はＴＥＭによって得られたものとすることができる。
【００２０】
本発明は、このような作成方法によって作成された可視化断面を有する３次元物体が記録されたホログラフィックステレオグラムも含むものである。
【００２１】
本発明は、以上のような作成方法によって作成されたホログラフィックステレオグラムが所定位置に添付されている印刷物を含むものである。
【発明の効果】
【００２２】
本発明の可視化断面を有する３次元物体が記録された計算機ホログラム、ホログラフィックステレオグラムの作成方法及び可視化断面を有する３次元物体が記録された計算機ホログラム、ホログラフィックステレオグラムによると、２次元断面像データを加工して得られる３次元構造、あるいは、体積データを加工して得られる３次元構造を立体像として再生可能にできる計算機ホログラム及びホログラフィックステレオグラムに記録することができると共に、３次元構造から任意の断面で切り出して得た３次元物体をその断面を可視化して再生可能に記録できる。しかも、同一３次元物体の全体の形状と任意の断面で切り出したときの形状とを切り換えて立体像として再生可能な計算機ホログラムを構成することもできる。さらに、このような３次元物体が再生可能に記録されている計算機ホログラム及びホログラフィックステレオグラムを媒体として印刷物等に貼付する等して第三者に配布することが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
本発明の可視化断面を有する３次元物体が記録された計算機ホログラムの作成方法は、Ｘ線−ＣＴ、ＭＲＩあるいはＴＥＭ等の測定装置によって、測定対象の３次元物体の多数の２次元断面像データを得て、その多数の２次元断面像データからその３次元物体の表面データ（ポリゴンデータ）のみからなる３次元立体像をＣＧ（コンピュータグラフィック）データとして作成し、得られたその３次元立体像を任意の断面で切ったときの断面部（この状態では、その断面に表面データ（ポリゴンデータ）を有していない。）に表面データ（ポリゴンデータ）を持たせて可視化した断面を有する３次元物体をＣＧデータとして作成する。その可視化した断面を有する３次元物体のＣＧデータから、よく知られたＣＧＨの作成方法（例えば、非特許文献２参照）により、可視化断面を有する３次元物体が再生可能な計算機ホログラムを作成する方法である。
【００２４】
まず、ＣＧＨの作成方法の例として、干渉縞の強度分布を記録したバイナリホログラムであって、再生像が水平方向の視差のみを持ち、上方からの白色光で観察される場合について、その概要を説明すると、図１０に示すように、ステップＳＴ１で、ＣＧＨ化する物体の形状が定義される。次いで、ステップＳＴ２で、物体、ＣＧＨ面、参照光の空間配置が定義される。次いで、ステップＳＴ３で、物体は、水平面でのスライスにより垂直方向に分割され、さらにスライス面上で点光源の集合に置き換えられる。そして、ステップＳＴ４で、これらの空間配置に基き、ＣＧＨ面上に定義された各サンプル点において、物体を構成する各点光源から到達する光と参照光との干渉縞の強度が演算により求められ、干渉縞データが得られる。次に、ステップＳＴ５で、得られた干渉縞データは量子化された後、ステップＳＴ６で、ＥＢ描画用矩形データに変換され、ステップＳＴ７で、ＥＢ描画装置により媒体に記録され、ＣＧＨが得られる。
【００２５】
この干渉縞の計算の際に、隠面消去処理が行われる。この隠面消去処理とは、ある視点から物体を観察したときに、手前の物体に隠される部分を見えないようにする処理であり、この処理により物体の重なり合いの情報が網膜像に付加され、立体感を得ることができる処理であり、ＣＧＨ記録の場合に、次の手順により隠面消去処理が施される。
【００２６】
図１１に示すように、物体１を構成する各点光源毎に、その点光源が物体１、２で隠される領域（図１１の斜線部）を求める。図１０の手順で作成されるＣＧＨの場合は、物体１、２は水平面でスライスされ、かつ、水平方向にのみ視差を有しているため、物体１の点光源の物体１、２で隠される領域は各スライス面上での点と線分との位置関係により求められる。ＣＧＨ面上に分布する干渉縞のサンプル点が、上記で求めた点光源が隠される領域に含まれる場合（図１１の黒丸部）には、そのサンプル点においてその点光源を干渉縞強度の計算対象から除外するのが、隠面消去処理である。このような処理を施したＣＧＨの再生された物体１の像からは、図１１の斜線部に再生光が回折されず、その領域に観察者の視点が入った場合、その点光源に対応する物体１の領域は物体２の像で隠されて見えなくなる。
【００２７】
本発明の可視化断面を有する３次元物体が記録された計算機ホログラムの作成方法は、以上の例示のようなＣＧＨの作成方法においては、図１０のステップＳＴ１で定義されるＣＧＨ化する物体の形状として、まず、ＴＥＭ等の測定装置で得られた多数の２次元断面像データから、表面データ（ポリゴンデータ）のみからなる３次元立体像をＣＧデータとして作成する。次に、得られたその表面データ（ポリゴンデータ）のみからなる３次元立体像を任意の断面で切り出す。次いで、切り出された３次元立体像の断面部は輪郭の一部のみでしか表示されないので、その切り出された３次元立体像の断面部に新たに表面データ（ポリゴンデータ）を加えて新たな面（可視化断面）を作成し、断面で切り出された３次元立体像にその新たな面を加えてＣＧＨ化する物体の形状として定義するものである。
【００２８】
以下、上記のＣＧＨ化する物体の形状データを定義する手順を、図を参照にして説明する。まず、図１のステップＳＴ１１において、ＴＥＭ等の測定装置を用いて対象の３次元物体の多数の２次元断面像データを取得する。これを模式的に示せば、図２（ａ）〜（ｃ）に示すように、対象の３次元物体の位置（高さ）の異なる２次元断面像データ１1 、１2 、１3 、・・・、１n を前記のＴＥＭ、Ｘ線−ＣＴ、ＭＲＩ等の測定装置を用いて取得する。
【００２９】
次に、図１のステップＳＴ１２において、得られた２次元断面像データ１1 、１2 、１3 、・・・、１n を断面位置（高さ）に応じて３次元的に積み上げることにより、図３に示すように、対象の３次元物体を表現するボクセル（ボリューム）データ２を作成し、次いで、そのボクセルデータ２から、図４に示すように、その３次元物体の形状を示すポリゴンデータ（表面データ）３を作成する。
【００３０】
次に、図１のステップＳＴ１３において、図５に示すように、作成された表面データ（ポリゴンデータ）３のみからなる３次元物体を任意の断面１１で切り出す。ポリゴンデータからなる３次元物体は、物体内部から見る視点に対しては表面は見えないので、このように任意の断面１１で切り出された３次元物体は表示すると、図５に示すように、破線で示した輪郭線は表示されず、また、断面と物体表面を通して内部の視点から外を見ると、その物体表面は表示されず背景の面が見えることになる。例えば、図５の円筒の左断面５1 の左の輪郭線、底の輪郭線、円筒内面の一部の輪郭線は物体内部から見ていることになるので表示されない（見えない）。図５の円筒の右断面５2 の左の輪郭線、底の輪郭線は物体内部から見ていることになるので表示されない（見えない）。ただし、円筒の右断面５2 を通して背景側にある円筒内面の表面（一部）は透けて見える。また、図５の円筒内の球の断面６を通して背景側にあるその球の裏面は見えないが、円筒内面の表面は透けて見える。また、図５の円筒内の直方体の断面７を通して背景側にあるその直方体の裏面は見えないが、円筒内面の表面は透けて見える。このように、ポリゴンデータ３のみからなる３次元物体を任意の断面１１で切り出すと、断面部は輪郭線の一部のみが表示されるが、断面の全部の輪郭線が表示されることはなく、また、本来見えるはずがない表面像が断面を通して見えてしまう。ただし、ポリゴンデータ３を断面１１で切り出す際に破線で示した輪郭線データは計算上作成されている。
【００３１】
そこで、次に、図１のステップＳＴ１４において、断面１１で切られた断面、すなわち、図５の断面５1 、断面５2 、断面６、７にその面を表すポリゴンデータ（表面データ）を加えて、これらの断面５1 、５2 、６、７で切り出した３次元立体像にその新たなポリゴンデータを追加して、図６に示すようなＣＧＨ化する３次元物体１０の形状を定義する。このポリゴンデータ化された断面５1 、５2 、６、７を有する３次元物体１０は、自然な３次元立体像のＣＧデータとなる。
【００３２】
このようにしてステップＳＴ１１〜１４で定義された可視化された断面を有する３次元物体に対して、図１０のステップＳＴ２〜ＳＴ７と同様にして、可視化された断面を有する３次元物体を記録したＣＧＨが得られる。すなわち、ステップＳＴ１５で、その３次元物体、ＣＧＨ面、参照光の空間配置が定義される。次いで、ステップＳＴ１６で、その可視化された断面を有する３次元物体は、水平面でのスライスにより垂直方向に分割され、さらにスライス面上で点光源の集合に置き換えられる。そして、ステップＳＴ１７で、これらの空間配置に基き、ＣＧＨ面上に定義された各サンプル点において、物体を構成する各点光源から到達する光と参照光との干渉縞の強度が演算により求められ、干渉縞データが得られる。次に、ステップＳＴ１８で、得られた干渉縞データは量子化された後、ステップＳＴ１９で、ＥＢ描画用矩形データに変換され、ステップＳＴ２０で、ＥＢ描画装置により媒体に記録され、ＣＧＨが得られる。
【００３３】
ところで、Ｘ線−ＣＴ、ＭＲＩ及びＴＥＭから、図３に示すような対象の３次元物体を表現するボクセル（ボリューム）データ２を得ることができる（特許文献２、非特許文献３、非特許文献４）。ただし、この場合に得られるデータ構造は、図３のような積層構造ではなく、３次元空間を微小立方体で区切ってその各々に物体データを持たせたものからなる。このようなボクセル（ボリューム）データ２から、図１のステップＳＴ１２〜２０と同様の工程を経て、任意の断面で切り出した３次元物体をその断面を可視化して再生可能に記録したＣＧＨを作成することもできる。以下、簡単にそのフローを説明する。
【００３４】
図７のステップＳＴ２１において、３次元Ｘ線−ＣＴ等の測定装置を用いて対象の３次元物体のボクセル（ボリューム：体積）データ２を取得する。次に、ステップＳＴ２２において、その得られたボクセル（ボリューム）データ２から、図４に示すように、その３次元物体の形状を示すポリゴンデータ（表面データ）３を作成する。次に、図７のステップＳＴ２３において、図５に示すように、作成された表面データ（ポリゴンデータ）３のみからなる３次元物体を任意の断面１１で切り出す。ポリゴンデータからなる３次元物体は、物体内部から見る視点に対しては表面は見えないので、このように任意の断面１１で切り出された３次元物体は表示すると、図５に示すように、破線で示した輪郭線は表示されず、また、断面と物体表面を通して内部の視点から外を見ると、その物体表面は表示されず背景の面が見えることになる。例えば、図５の円筒の左断面５1 の左の輪郭線、底の輪郭線、円筒内面の一部の輪郭線は物体内部から見ていることになるので表示されない（見えない）。図５の円筒の右断面５2 の左の輪郭線、底の輪郭線は物体内部から見ていることになるので表示されない（見えない）。ただし、円筒の右断面５2 を通して背景側にある円筒内面の表面（一部）は透けて見える。また、図５の円筒内の球の断面６を通して背景側にあるその球の裏面は見えないが、円筒内面の表面は透けて見える。また、図５の円筒内の直方体の断面７を通して背景側にあるその直方体の裏面は見えないが、円筒内面の表面は透けて見える。このように、ポリゴンデータ３のみからなる３次元物体を任意の断面１１で切り出すと、断面部は輪郭線の一部のみが表示されるが、断面の全部の輪郭線が表示されることはなく、また、本来見えるはずがない表面像が断面を通して見えてしまう。ただし、ポリゴンデータ３を断面１１で切り出す際に破線で示した輪郭線データは計算上作成されている。
【００３５】
そこで、次に、図７のステップＳＴ２４において、断面１１で切られた断面、すなわち、図５の断面５1 、断面５2 、断面６、７にその面を表すポリゴンデータ（表面データ）を加えて、これらの断面５1 、５2 、６、７で切り出した３次元立体像にその新たなポリゴンデータを追加して、図６に示すようなＣＧＨ化する３次元物体１０の形状を定義する。このポリゴンデータ化された断面５1 、５2 、６、７を有する３次元物体１０は、自然な３次元立体像のＣＧデータとなる。
【００３６】
このようにしてステップＳＴ２１〜２４で定義された可視化された断面を有する３次元物体に対して、可視化された断面を有する３次元物体を記録したＣＧＨを得る。すなわち、ステップＳＴ２５で、その３次元物体、ＣＧＨ面、参照光の空間配置が定義される。次いで、ステップＳＴ２６で、その可視化された断面を有する３次元物体は、水平面でのスライスにより垂直方向に分割され、さらにスライス面上で点光源の集合に置き換えられる。そして、ステップＳＴ２７で、これらの空間配置に基き、ＣＧＨ面上に定義された各サンプル点において、物体を構成する各点光源から到達する光と参照光との干渉縞の強度が演算により求められ、干渉縞データが得られる。次に、ステップＳＴ２８で、得られた干渉縞データは量子化された後、ステップＳＴ２９で、ＥＢ描画用矩形データに変換され、ステップＳＴ３０で、ＥＢ描画装置により媒体に記録され、ＣＧＨが得られる。
【００３７】
さて、以上のようにして得られたＣＧＨは、図６に示したような断面５1 、５2 、６、７を有する３次元物体が再生可能に記録されてなるものである。
【００３８】
同様の手法で、同じ３次元物体に対して別の異なる断面で切り出し、その断面を可視化した３次元物体を再生可能に記録した別のＣＧＨを得ることもできる。
【００３９】
さらには、図４のような断面で切り出していない元の３次元物体を再生可能に記録したＣＧＨを得ることも当然できる。
【００４０】
このような同一３次元物体に対して、いくつかの断面で切り出し、その断面を可視化した３次元物体を再生可能に記録した１枚又は複数枚のＣＧＨと、断面で切り出していない元の３次元物体を再生可能に記録したＣＧＨとを多重化（例えば、特許文献１参照）して１枚のＣＧＨに記録し、視点あるいは再生照明光の入射方向を変えることにより、同一３次元物体の全体の形状と任意の断面で切り出したときの形状とを切り換え可能にＣＧＨとして記録することができる。その手法を特許文献１に開示された方法に基づいて説明する。
【００４１】
図４のような断面で切り出していない元の３次元物体を記録する物体Ｆａ、図６のようなその元の３次元物体を１つの断面で切り出してその断面を可視化した３次元物体を記録する物体Ｆｂ、同じ元の３次元物体を別の断面で切り出してその断面を可視化した図示していない３次元物体を記録する物体Ｆｃとし、これらの３つの３次元物体を１枚の記録媒体上に重ねて記録し、視点位置を変えることにより、同じ３次元物体の断面で切り出していない３次元物体と、異なる断面で切り出してその断面を可視化した３次元物体を選択的に再生できるようにする例について説明すると、まず、図８に示すように、記録媒体２０の記録面上に複数の記録領域を定義する。ここでは、記録面がＸＹ平面上にあるものとし、個々の記録領域を、Ｘ軸方向に細長い矩形からなる領域として定義している。すなわち、図８の例では、９つの記録領域Ａ１、Ｂ１、Ｃ１、Ａ２、Ｂ２、Ｃ２、Ａ３、Ｂ３、Ｃ３が定義されており、何れもＸ軸方向に細長く、Ｙ軸方向に幅ｈを持った同一の矩形領域によって構成されている。原理上は、記録対象となる記録する３次元物体の数に応じて、複数のグループを定義し、各記録領域を何れかのグループに所属させることになる。ここに示す例では、３つの３次元物体を重ねて記録するため、３通りのグループＧａ、Ｇｂ、Ｇｃが定義され、各記録領域は、この３通りのグループの何れかに所属することになる。図８の例では、記録領域Ａ１、Ａ２、Ａ３がグループＧａに所属し、記録領域Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３がグループＧｂに所属し、記録領域Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３がグループＧｃに所属することが示されている。図８では、各記録領域の所属グループをかっこ書きで示されている。
【００４２】
このように、各記録領域をグループに分けたら、特定の３次元物体に関する情報を特定のグループに所属する記録領域に記録する。例えば、３次元物体Ｆａ、Ｆｂ、Ｆｃという３つの３次元物体を記録する場合、３次元物体ＦａをグループＧａに所属する記録領域Ａ１、Ａ２、Ａ３に記録し、３次元物体ＦｂをグループＧｂに所属する記録領域Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３に記録し、３次元物体ＦｃをグループＧｃに所属する記録領域Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３に記録する。この際、各グループの記録領域に記録される３次元物体Ｆａ、Ｆｂ、Ｆｃは、再生されるときに相互に相対位置が同じになるように、記録媒体２０の記録面に対して相対的に同じ位置に位置するように定義されて記録される（図１のステップＳＴ１５）。そして、各グループ毎に、記録媒体２０の記録面に対する参照光の入射方向が異なるような設定を行って記録を行う。この記録方法を、図９（ａ）、（ｂ）を参照しながら具体的に説明する。
【００４３】
まず、図９（ａ）に示すように、第１の３次元物体Ｆａを、グループＧａに所属する記録領域Ａ１、Ａ２、Ａ３に記録する。このとき、記録面に対して第１の方向から参照光Ｒａを照射するようにし、３次元物体Ｆａの物体光Ｏａと参照光Ｒａとの干渉縞が、各記録領域Ａ１、Ａ２、Ａ３に記録されるようにする。もちろん、この記録はＣＧＨの記録であり、実際上は物体光Ｏａと参照光Ｒａとの干渉縞は演算により求められ（図１のステップＳＴ１７）、その干渉縞はＥＢ描画等により記録される。他の記録領域Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３、Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３についても同様。
【００４４】
続いて、図９（ｂ）に示すように、第２の３次元物体Ｆｂを、グループＧｂに所属する記録領域Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３に記録する。このとき、記録面に対して第２の方向から参照光Ｒｂを照射するようにし、３次元物体Ｆｂの物体光Ｏｂと参照光Ｒｂとの干渉縞が、各記録領域Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３に記録されるようにする。
【００４５】
最後に、図示しないが、第３の３次元物体Ｆｃを、グループＧｃに所属する記録領域Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３に記録する。このとき、記録面に対して第３の方向から参照光Ｒｃを照射するようにし、原画像Ｆｃからの物体光Ｏｃと参照光Ｒｃとの干渉縞が、各記録領域Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３に記録されるようにする。
【００４６】
このようにして、記録媒体２０上の記録面全面に干渉縞の記録が行われることになる。もちろん、実際上は、演算により求められた干渉縞をＥＢ描画等により同時に記録媒体２０上の記録面全面に記録される。
【００４７】
ここで、各グループの記録領域に記録する際に、参照光Ｒａ、Ｒｂ、Ｒｃが記録面に対してそれぞれ異なる入射方向から照射される。このように、参照光の入射方向をそれぞれ変えて各３次元物体を記録しておくと、視点位置とＣＧＨの向きを固定したまま再生照明光の入射方向を変えるか、あるいは、再生照明光の入射方向とＣＧＨの向きを固定したまま視点位置を変えか、あるいは、視点位置と再生照明光の入射方向を固定したままＣＧＨの向きを変えることにより、異なる３次元物体Ｆａ、Ｆｂ、Ｆｃの像が選択的に観察できるようになる。すなわち、本発明の場合、視点あるいは再生照明光の入射方向あるいはＣＧＨの向きを変えることにより、同一３次元物体の全体の形状と任意の断面で切り出したときの形状とを切り換えて観察できるようになる。
【００４８】
なお、上述の例では、同一３次元物体の３つの形状を多重記録しているが、２つの形状でも、あるいは４つ以上の形状を多重記録するようにしてもよい。
【００４９】
ところで、図１のステップＳＴ１１〜１４及び図７のステップＳＴ２１〜２４で定義された可視化された断面を有する３次元物体を記録したＣＧＨの作成方法、あるいは、図８のグループＧａ、Ｇｂ、Ｇｃ各々に記録するＣＧＨの作成方法としては、図１０のＳＴ２〜ＳＴ７のような干渉縞の強度分布を記録したバイナリホログラムであって、再生像が水平方向の視差のみを持ち、上方からの白色光で観察されるようなＣＧＨの作成方法に限定されず、公知の種々のＣＧＨの作成方法が適用できる。その他の例として特許文献３の計算機合成ホログラムがある。以下に、その計算機ホログラムの作成方法を特許文献３に則って説明する。
【００５０】
本発明においてＣＧＨの作成方法として利用できるこの計算機合成ホログラムの基本原理は、ホログラム面での画素構造をなくすため、ホログラム面から離れた位置に、放射方向に応じて異なった放射輝度であって物体表面のその方向の輝度に等しい放射輝度を持った仮想点光源あるいは集光方向に応じて異なった放射輝度であって物体表面のその方向の輝度に等しい放射輝度を持った仮想集光点を多数定義し、それらの仮想点光源から放射する光あるいはそれらの仮想集光点に集光する光を仮想的な物体光として計算機合成ホログラムを作成することで、高解像度でかつホログラム撮影の不要な計算機合成ホログラム（ＣＧＨ）を作成するものである。
【００５１】
以下、この計算機合成ホログラムの原理を説明する。
【００５２】
図１２に原理説明図に示すように、ｚ軸に沿ってプラス方向に仮想点光源群３１、物体１０（図６の物体１０、物体Ｆａ、Ｆｂ、Ｆｃが対応）、ＣＧＨ３２、観察者Ｍの順に配置し、ＣＧＨ３２の中心を座標原点とし、ｘ軸、ｙ軸を相互に直交し、ｚ軸に直交する方向に定める。仮想点光源群３１の座標を（ｘ1 ，ｙ1 ，ｚ1 ）、物体１０の座標を（ｘ0 ，ｙ0 ，ｚ0 ）、ＣＧＨ３２の座標を（ｘ2 ，ｙ2 ，ｚ2 ）とし、ｉ番目の仮想点光源Ｑi （ｘ1 ，ｙ1 ，ｚ1 ）と、ＣＧＨ３２のｊ番目のセルＰj （ｘ2 ，ｙ2 ，ｚ2 ）を結ぶ直線Ｑi Ｐj と物体１０の交点の中、観測者Ｍから観察可能な点Ｓ（ｘ0 ，ｙ0 ，ｚ0 ）でのθxz、θyz方向の物体１０の放射輝度をＴWLci（θxz，θyz）とする。ここで、θxzは直線Ｑi Ｐj をｘ−ｚ面へ投影したときのｚ軸とのなす角度、θyzは直線Ｑi Ｐj をｙ−ｚ面へ投影したときのｚ軸とのなす角度である。
【００５３】
波長をλc とし、仮想点光源Ｑi の波長λc の振幅をＡWLci、初期位相をφWLci、ｒijをＱi とＰj の距離とすると、Ｐj （ｘ2 ，ｙ2 ，ｚ2 ）での物体波２１の複素振幅値ＯWLc （ｘ2 ，ｙ2 ，ｚ2 ）は、
ＯWLc （ｘ2 ，ｙ2 ，ｚ2 ）
M
＝Σ｛ＡWLciＴWLci（θxz，θyz）／｜ｒij｜｝
i=1 
×ｅｘｐ［ｊ｛（２π／λc ）ｒij＋φWLci｝］
・・・（１）
となる。なお、通常は、振幅ＡWLciは全て同じく１に設定してもよい。
【００５４】
ここで、ＣＧＨ３２に入射する平行光からなる参照光２２の入射ベクトルを（Ｒx ，Ｒy ，Ｒz ）、その波長λc の振幅をＲWLc0、その座標原点での位相をφRWLcとすると、参照光２２の複素振幅値ＲWLc （ｘ2 ，ｙ2 ，ｚ2 ）は、
ＲWLc （ｘ2 ，ｙ2 ，ｚ2 ）＝ＲWLc0・ｅｘｐ［ｊ｛（２π／λc ）
×（Ｒx ｘ2 ＋Ｒy ｙ2 ＋Ｒz ｚ2 ）／（Ｒx 2 ＋Ｒy 2 ＋Ｒz 2 ）1/2                                                           ＋φRWLc｝］
・・・（２）
となる。
【００５５】
Ｐj （ｘ2 ，ｙ2 ，ｚ2 ）での物体波２１と参照光２２とによる干渉縞の強度値ＩWLc （ｘ2 ，ｙ2 ，ｚ2 ）は、
ＩWLc （ｘ2 ，ｙ2 ，ｚ2 ）
＝｜ＯWLc （ｘ2 ，ｙ2 ，ｚ2 ）＋ＲWLc （ｘ2 ，ｙ2 ，ｚ2 ）｜2 
・・・（３）
となる。
【００５６】
以上において、Ｑi とＰj の距離ｒijは、
ｒij＝｛（ｘ2 −ｘ1 ）2 ＋（ｙ2 −ｙ1 ）2 ＋（ｚ2 −ｚ1 ）2 ｝1/2 
・・・（４）
直線Ｑi Ｐj をｘ−ｚ面へ投影したときのｚ軸とのなす角度θxzは、
θxz＝ｔａｎ-1｛（ｘ2 −ｘ1 ）／（ｚ2 −ｚ1 ）｝              ・・・（５）
直線Ｑi Ｐj をｙ−ｚ面へ投影したときのｚ軸とのなす角度θyzは、
θyz＝ｔａｎ-1｛（ｙ2 −ｙ1 ）／（ｚ2 −ｚ1 ）｝              ・・・（６）
であり、また、仮想点光源Ｑi の初期位相φWLciは仮想点光源Ｑi 間で相互に無関係に一定に設定される。
【００５７】
以上の説明から明らかなように、ＣＧＨ３２として記録再生可能にする３次元物体１０の観察側と反対側に多数の仮想点光源Ｑi （ｘ1 ，ｙ1 ，ｚ1 ）を設定し、各仮想点光源Ｑi から発散する発散光の輝度角度分布ＴWLci（θxz，θyz）を、観察側からその３次元物体１０を通してその仮想点光源Ｑi を見たときのその３次元物体１０表面の輝度角度分布と等しいものに設定し、かつ、仮想点光源Ｑi の初期位相φWLciは仮想点光源Ｑi 間で相互に無関係に一定に設定して、このような仮想点光源Ｑi からの発散光をＣＧＨ３２の面で相互に重畳させて、その重畳された位相と振幅をホログラフィックに記録（参照光２２との干渉記録）することにより、３次元物体１０を再生可能な本発明のＣＧＨ３２が得られる。
【００５８】
なお、図１２の配置において、ＣＧＨ３２の位置は必ずしも物体１０の観察側である必要はなく、仮想点光源群３１の観察側であれば何れの位置でもよい。また、物体１０の位置は必ずしも仮想点光源群３１の観察側である必要もない。
【００５９】
このようにして記録したＣＧＨ３２に、図１３に示すように、参照光２２と同じ波長λc の再生照明光３５を参照光２２と同じ入射角で入射させると、ＣＧＨ３２から回折される回折光３６によって物体（３次元物体）１０が虚像（ＣＧＨ３２の物体１０に対する位置によっては実像の場合もある。）として再生され、観察者Ｍはその３次元物体１０を観察することができる。観察者は視点を移動させることにより立体感豊かにその物体１０を観察できる。なお、回折光３６は仮想点光源群３１から出るように進むが、各仮想点光源から出る光は方向によって輝度が異なっているので、仮想点光源群３１は直接的には認識され難い。
【００６０】
次に、このようなＣＧＨ３２をバイナリホログラムとして作成する方法を図１４に基づいて説明する。ステップＳＴ３１で、ＣＧＨ化する物体１０の形状が定義される。次いで、ステップＳＴ３２で、仮想点光源群３１、物体１０、ＣＧＨ３２、参照光２２の空間配置と、仮想点光源群３１のサンプリング点（Ｑi ）とＣＧＨ３２のサンプリング点（Ｐj ）が定義される。次いで、ステップＳＴ３３で、各仮想点光源毎に輝度角度分布ＴWLci（θxz，θyz）を物体１０表面の輝度角度分布と等しいものとして求める。そして、ステップＳＴ３４で、式（１）と（２）により、ＣＧＨ３２の面での物体光の複素振幅値ＯWLc （ｘ2 ，ｙ2 ，ｚ2 ）と、参照光２２の複素振幅値ＲWLc （ｘ2 ，ｙ2 ，ｚ2 ）を計算する。その後、ステップＳＴ３５で、式（３）により、ＣＧＨ３２の面上に定義された各サンプル点において、物体光と参照光との干渉縞の強度が求められ、干渉縞データが得られる。次に、ステップＳＴ３６で、得られた干渉縞データは量子化された後、ステップＳＴ３７で、ＥＢ描画用矩形データに変換され、ステップＳＴ３８で、ＥＢ描画装置により媒体に記録され、ＣＧＨ３２が得られる。
【００６１】
なお、図１２の場合は、全ての仮想点光源Ｑi からの物体波がＣＧＨ３２のセルＰj に入射するようになっているが、ｙ軸に垂直な多数のスライス面で仮想点光源群３１とＣＧＨ３２を区切り、そのスライス面内に物体波の入射範囲を制限するようにしてもよい。
【００６２】
また、図１２では仮想点光源として２次元面内の点光源を用いているが、ｙ方向には光の広がらないで（ｘ方向には広がる）、ｙ方向に伸びる線光源を用いるようにしてもよい。
【００６３】
さらに、図１２の場合は、物体光の複素振幅値ＯWLc （ｘ2 ，ｙ2 ，ｚ2 ）をホログラムとして固定するのに、参照光との干渉による方式を用いているが、物体波の複素振幅を直接再生するＬｏｈｍａｎｎの方法やＬｅｅの方法（非特許文献５）によってもよく、また、特許文献４で提案した方法によってもよい。
【００６４】
図１５に、本発明においてＣＧＨの作成方法として利用できる計算機合成ホログラムの別の形態の説明図を示す。この形態は、図１２の仮想点光源群３１とＣＧＨ３２とを入れ換えて、仮想点光源群３１を仮想集光点群３３で置き換えたものである。図１５に示すように、ｚ軸に沿ってプラス方向にＣＧＨ３２、物体１０、仮想集光点群３３、観察者Ｍの順に配置し、ＣＧＨ３２の中心を座標原点とし、ｘ軸、ｙ軸を相互に直交し、ｚ軸に直交する方向に定める。仮想集光点群３３の座標を（ｘ1 ，ｙ1 ，ｚ1 ）、物体１０の座標を（ｘ0 ，ｙ0 ，ｚ0 ）、ＣＧＨ３２の座標を（ｘ2 ，ｙ2 ，ｚ2 ）とし、ｉ番目の仮想集光点Ｑi （ｘ1 ，ｙ1 ，ｚ1 ）（仮想点光源と同じ記号を用いる。）と、ＣＧＨ３２のｊ番目のセルＰj （ｘ2 ，ｙ2 ，ｚ2 ）を結ぶ直線Ｑi Ｐj と物体の交点の中、観測者Ｍから観察可能な点Ｓ（ｘ0 ，ｙ0 ，ｚ0 ）でのθxz、θyz方向の物体１０の放射輝度をＴWLci（θxz，θyz）とする。ここで、θxzは直線Ｑi Ｐj をｘ−ｚ面へ投影したときのｚ軸とのなす角度、θyzは直線Ｑi Ｐj をｙ−ｚ面へ投影したときのｚ軸とのなす角度である。
【００６５】
波長をλc とし、仮想集光点Ｑi での波長λc の位相をφWLci、ｒijをＱi とＰj の距離とすると、Ｐj （ｘ2 ，ｙ2 ，ｚ2 ）に入射する物体波の複素振幅値ＯWLc （ｘ2 ，ｙ2 ，ｚ2 ）は、前記式（１）の代わりに、
M
ＯWLc （ｘ2 ，ｙ2 ，ｚ2 ）＝Σ｛ＴWLci（θxz，θyz）／｜ｒij｜｝
i=1 
×ｅｘｐ［ｊ｛−（２π／λc ）｜ｒij｜＋φWLci｝］                                                                          ・・・（1'）
となる。
【００６６】
ここで、ＣＧＨ３２に入射する平行光からなる参照光２２の入射ベクトルを（Ｒx ，Ｒy ，Ｒz ）、その波長λc の振幅をＲWLc0、その座標原点での位相をφRWLcとすると、参照光２２の複素振幅値ＲWLc （ｘ2 ，ｙ2 ，ｚ2 ）は、図１２の場合と同様に、
ＲWLc （ｘ2 ，ｙ2 ，ｚ2 ）＝ＲWLc0・ｅｘｐ［ｊ｛（２π／λc ）
×（Ｒx ｘ2 ＋Ｒy ｙ2 ＋Ｒz ｚ2 ）／（Ｒx 2 ＋Ｒy 2 ＋Ｒz 2 ）1/2                                                             ＋φRWLc｝］                                                                                  ・・・（２）
となる。
【００６７】
Ｐj （ｘ2 ，ｙ2 ，ｚ2 ）での物体波と参照光２２とによる干渉縞の強度値ＩWLc （ｘ2 ，ｙ2 ，ｚ2 ）は、同様に、
ＩWLc （ｘ2 ，ｙ2 ，ｚ2 ）
＝｜ＯWLc （ｘ2 ，ｙ2 ，ｚ2 ）＋ＲWLc （ｘ2 ，ｙ2 ，ｚ2 ）｜2                                                                           ・・・（３）
となる。
【００６８】
以上において、Ｑi とＰj の距離ｒijは、
ｒij＝｛（ｘ2 −ｘ1 ）2 ＋（ｙ2 −ｙ1 ）2 ＋（ｚ2 −ｚ1 ）2 ｝1/2 
・・・（４）
直線Ｑi Ｐj をｘ−ｚ面へ投影したときのｚ軸とのなす角度θxzは、
θxz＝ｔａｎ-1｛（ｘ2 −ｘ1 ）／（ｚ2 −ｚ1 ）｝              ・・・（５）
直線Ｑi Ｐj をｙ−ｚ面へ投影したときのｚ軸とのなす角度θyzは、
θyz＝ｔａｎ-1｛（ｙ2 −ｙ1 ）／（ｚ2 −ｚ1 ）｝              ・・・（６）
であり、また、仮想集光点Ｑi での位相φWLciは仮想集光点Ｑi 間で相互に無関係に一定に設定される。
【００６９】
以上の説明から明らかなように、ＣＧＨ３２として記録再生可能にする３次元物体１０の観察側に多数の仮想集光点Ｑi （ｘ1 ，ｙ1 ，ｚ1 ）を設定し、各仮想集光点Ｑi に物体側から入射する収束光の輝度角度分布ＴWLci（θxz，θyz）を、観察側から仮想集光点Ｑi を通してその３次元物体１０を見たときのその３次元物体１０表面の輝度角度分布と等しいものに設定し、かつ、仮想集光点Ｑi での位相φWLciは仮想集光点Ｑi 間で相互に無関係に一定に設定して、このような仮想集光点Ｑi に入射する収束光をＣＧＨ３２の面で相互に重畳させて、その重畳された位相と振幅をホログラフィックに記録（参照光２２との干渉記録）することにより、３次元物体１０を再生可能な本発明のＣＧＨ３２が得られる。
【００７０】
なお、図１５の配置において、ＣＧＨ３２の位置は必ずしも物体１０の観察側と反対側である必要はなく仮想集光点群３３の観察側と反対側であれば何れの位置でもよい。また、物体１０の位置は必ずしも仮想集光点群３３の観察側と反対側である必要もない。
【００７１】
なお、上記の仮想集光点Ｑi に物体側から入射する収束光の輝度角度分布ＴWLci（θxz，θyz）は、図１５に示したように、仮想集光点Ｑi の位置にコンピュータグラフィクス作成用のカメラを配置して生成したコンピュータグラフィクス画像と同じであり、したがって、上記式（１’）の計算においては、仮想集光点Ｑi に視点をおいて市販のソフトを用いて作成した３次元物体のコンピュータグラフィクス画像（３ＤＣＧ画像）を用いればよく、式（１’）の計算が単純化される。
【００７２】
以上のようにして記録したこの形態のＣＧＨ３２に、図１６に示すように、参照光２２と同じ波長λc の再生照明光３５を参照光２２と同じ入射角で入射させると、ＣＧＨ３２から回折される回折光３６によって物体（３次元物体）１０が実像（ＣＧＨ３２の物体１０に対する位置によっては虚像の場合もある。）として再生され、観察者Ｍはその３次元物体１０を観察することができる。観察者は視点を移動させることにより立体感豊かにその物体１０を観察できる。なお、回折光３６は仮想集光点群３３を通過してそこから出るように進むが、各仮想集光点から出る光は方向によって輝度が異なっているので、仮想集光点群３３は直接的には認識され難い。
【００７３】
この図１５、図１６で説明したようなＣＧＨ３２をバイナリホログラムとして作成する方法を図１７に示す。図１４の場合と異なるのは、ステップＳＴ４２で、ＣＧＨ３２、物体１０、仮想集光点群３３、参照光２２の空間配置と、ＣＧＨ３２のサンプリング点（Ｐj ）と仮想集光点群３３のサンプリング点（Ｑi ）を定義する点と、ステップＳＴ４３で、各仮想集光点毎に輝度角度分布ＴWLci（θxz，θyz）を物体１０表面の輝度角度分布と等しいものとして求める点と、ステップＳＴ４４で、式（１’）と（２）により、ＣＧＨ３２の面での物体光の複素振幅値ＯWLc （ｘ2 ，ｙ2 ，ｚ2 ）と、参照光２２の複素振幅値ＲWLc （ｘ2 ，ｙ2 ，ｚ2 ）を計算する点であり、本質的には図１４の場合と同様であり、その他の説明は省く。
【００７４】
また、この形態の場合も、全ての仮想集光点Ｑi に入射する物体波がＣＧＨ３２のセルＰj に入射するようになっているが、ｙ軸に垂直な多数のスライス面でＣＧＨ３２と仮想集光点群３３を区切り、そのスライス面内に物体波の入射範囲を制限するようにしてもよい。
【００７５】
また、図１５では仮想集光点として２次元面内の点光源を用いているが、ｙ方向には光の広がらないで（ｘ方向には広がる）、ｙ方向に伸びる集光線を用いるようにしてもよい。
【００７６】
さらに、図１５の場合は、物体光の複素振幅値ＯWLc （ｘ2 ，ｙ2 ，ｚ2 ）をホログラムとして固定するのに、参照光との干渉による方式を用いているが、物体波の複素振幅を直接再生するＬｏｈｍａｎｎの方法やＬｅｅの方法（非特許文献５）によってもよく、また、特許文献４で提案した方法によってもよい。
【００７７】
以上の方法で作成されるＣＧＨ３２に記録する３次元物体１０のデータとして、本発明に基づいて、図６の物体１０、物体Ｆａ、Ｆｂ、Ｆｃのデータが用いられる。
【００７８】
さて、本発明は、可視化断面を有する３次元物体が記録されたホログラフィックステレオグラムの作成方法と、そのようなホログラフィックステレオグラムを含むものである。本発明のホログラフィックステレオグラムの作成方法は、上記の本発明の可視化断面を有する３次元物体が記録された計算機ホログラムの作成方法と同様に、Ｘ線−ＣＴ、ＭＲＩあるいはＴＥＭ等の測定装置によって、測定対象の３次元物体の多数の２次元断面像データを得て、その多数の２次元断面像データからその３次元物体の表面データ（ポリゴンデータ）のみからなる３次元立体像をＣＧ（コンピュータグラフィック）データとして作成し、得られたその３次元立体像を任意の断面で切ったときの断面部（この状態では、その断面に表面データ（ポリゴンデータ）を有していない。）に表面データ（ポリゴンデータ）を持たせて可視化した断面を有する３次元物体をＣＧデータとして作成する。その可視化した断面を有する３次元物体のＣＧデータ、すなわち、図１のステップＳＴ１１〜１４で定義された可視化された断面を有する３次元物体のＣＧデータ、あるいは、図７のステップＳＴ２１〜２４で定義された可視化された断面を有する３次元物体のＣＧデータを用いて、ホログラフィックステレオグラムを作成する。
【００７９】
これまでに開発されたホログラフィックステレオグラムには大きく２種類あり、その撮影工程の回数から、２ｓｔｅｐホログラフィックステレオグラム及び１ｓｔｅｐホログラフィックステレオグラムと呼ばれているものである。
【００８０】
２ｓｔｅｐホログラフィックステレオグラムは、その名が示す通り２回の撮影工程により作成される。詳細な作成方法は特許文献５に記載されている。簡単に説明すると、（１）被写体となる物体から離れた多数の位置から見た物体の２次元画像を準備する、（２）第１の感光材料を多数の領域に分け、それぞれの領域に（１）にて準備した画像の中、その領域に対応した画像をホログラフィックに記録することで第１のホログラムを作成する、（３）第１のホログラムに再生照明光を照射し、再生された像を第２の感光材料に記録することで、第２のホログラムを作成する、の３つの工程からなる。一方、１ｓｔｅｐホログラフィックステレオグラムは、その名が示す通り１回の撮影工程により作成される。詳細な作製方法は特許文献６、特許文献７、非特許文献６、非特許文献７、非特許文献８に記載されている。簡単に説明すると、（１）感光材料上の多数の位置から放射されるべき光線を求める、（２）感光材料を多数の領域に分け、それぞれの領域に（１）にて求めたその領域から再生されるべき光線を記録する、の２つの工程からなる。
【００８１】
２ｓｔｅｐホログラフィックステレオグラムでも１ｓｔｅｐホログラフィックステレオグラムでも立体視が可能であり、汎用的な立体像再生媒体として利用されている。
【００８２】
以下、非特許文献６、非特許文献７、非特許文献８に記載されているマルチドット方式によるホログラフィックステレオグラム（以下、簡単のため、マルチドットＨＳと呼ぶ。）に記録する物体として、図１のステップＳＴ１１〜１４で定義された可視化された断面を有する３次元物体のＣＧデータ、あるいは、図７のステップＳＴ２１〜２４で定義された可視化された断面を有する３次元物体のＣＧデータを用いる場合について説明する。
【００８３】
図１８の原理図を参照にしてこのマルチドットＨＳの作成方法を簡単に説明する。表示したい立体物をＯ（図６の物体１０が対応）とし、その立体物Ｏを表示する体積ホログラムをＨとする。ホログラムＨを撮影する段階での体積ホログラム感光材料もＨで示す。体積ホログラムＨは微小な要素ホログラムａ1 〜ａN を並列してなるものである。立体物ＯとホログラムＨの位置関係は固定して考える。
【００８４】
ある要素ホログラムａn 中心を通りホログラム面に対して角度の異なる光線をＢ1 〜Ｂ5 とする。光線Ｂ1 〜Ｂ5 と立体物Ｏの表面が交差する位置を１〜５とすると、要素ホログラムａn から回折される異なる角度の光線Ｂ1 〜Ｂ5 それぞれが立体物Ｏ表面の位置１〜５の情報を持つように要素ホログラムａn が記録されていると、観察者の左右の目ＥL 、ＥR がその要素ホログラムａn を見ると、左右の目ＥL 、ＥR に、各々の目ＥL 、ＥR と要素ホログラムａn を結んだ直線と立体物Ｏ表面が交差する位置の立体物Ｏの表面情報が入射する。
【００８５】
他の要素ホログラムａm にも同様に記録されていると、左右の目ＥL 、ＥR がホログラムＨのどの位置を観察しても、左右の目ＥL 、ＥR にはその位置と各々の目ＥL 、ＥR を結んだ直線と立体物Ｏ表面が交差する位置の立体物Ｏの表面情報が入射することになるので、両眼視差の原理で立体像Ｏが３次元像として観察者に認識される。要素ホログラムａ1 〜ａN を１次元方向に並べれば、左右方向にのみ両眼視差で３次元像が再生可能なホログラフィックステレオグラムが得られ、要素ホログラムａ1 〜ａN を２次元方向に並べれば、何れの方向にも両眼視差で３次元像が再生可能なホログラフィックステレオグラムが得られる。これがマルチドットＨＳの原理である。
【００８６】
このような要素ホログラムａn を記録するには、光線Ｂ1 〜Ｂ5 を観察者と反対側に延長し、表示装置（例えば、液晶表示装置）ＬＣＤの表示面とその延長した光線Ｂ1 〜Ｂ5 との交点１〜５に、立体物Ｏ表面の位置１〜５の情報をそれぞれ表示し、その表示位置１〜５を透過して変調された光線Ｂ1 〜Ｂ5 と所定角度の参照光Ａとを体積ホログラム感光材料Ｈの要素ホログラムａn の位置で干渉させれば、上記のようなマルチドットＨＳが得られる。表示装置ＬＣＤの表示面の位置１〜５に表示するこのような情報は、図１のステップＳＴ１１〜１４で定義された可視化された断面を有する３次元物体のＣＧデータ、あるいは、図７のステップＳＴ２１〜２４で定義された可視化された断面を有する３次元物体のＣＧデータにより合成される。
【００８７】
このように、マルチドットＨＳを再生すると、ホログラムＨ上の各点からの光線が正しく再生され、記録した立体物Ｏの立体像を観察することができる。これは、言い換えると、ホログラムＨの要素ホログラムａ1 〜ａN の各領域を窓として、その窓を透過して観察される立体物Ｏからの全ての光線の方向と強度を正しく記録し、再生するものである。そのため、全く歪みのない立体像を再生することができる。
【００８８】
次に、特許文献７に則って図１９及び図２０を用いて本発明のマルチドットＨＳの作成方法の例を説明する。
【００８９】
図１９は本発明のマルチドットＨＳの作成システムを示す概要図であり、図２０は本発明のマルチドットＨＳの作成工程を説明するためのフロー図である。オペレータは、コンピュータ４０のモニター上で３次元物体を色々な角度から観察し、出力させる方向を設定する。
【００９０】
まず、図２０のステップＳＴ５１において、３次元画像データをホストコンピュータ４０に入力する。本発明では、この３次元画像データは、図１のステップＳＴ１１〜１４で定義された可視化された断面を有する３次元物体のＣＧデータ、あるいは、図７のステップＳＴ２１〜２４で定義された可視化された断面を有する３次元物体のＣＧデータである。
【００９１】
次に、ステップＳＴ５２において、ホログラム乾板５２をフィルム移動コントローラ４６により移動して、ホログラム乾板５２を所望の位置に設定する。
【００９２】
次に、ステップＳＴ５３において、グラフィックプロセッサ４２により、オリジナルの３次元データからホログラムの各点に露光する原画パターンを図１８の原理に従って計算し、フレームメモリ４４に蓄積する。
【００９３】
次に、ステップＳＴ５４において、液晶パネル５５にその原画パターンを表示する。
【００９４】
次に、ステップＳＴ５５において、光学系４８のシャッターを開き、液晶パネル５５を露光する。レーザ装置４９より取り出されたレーザ光は、ビームスプリッタ５３により物体光と参照光に分けられ、物体光は、液晶パネル５５の原画パターンにより振幅変調され、さらに疑似ランダム拡散板５１により位相変調されて、ホログラム面５２に集光され、参照光と共に１つの要素ホログラムを形成する。
【００９５】
次に、ステップＳＴ５６において、ホログラム乾板５２は、フィルム移動コントローラ４６により順次移動され、ステップＳＴ５７を介してホログラム面５２の全面を塗りつぶすように露光される。
【００９６】
その後、ステップＳＴ５８において、ホログラム５２の現像処理が現像機５０により行われ、マルチドットＨＳが自動的に作成される。
【００９７】
なお、グラッフィクプロセッサ４２、フィルム移動コントローラ４６、及び、現像機５０は、ＣＰＵにより制御される。
【００９８】
この例では、ホログラム面５２上の集光部の座標位置に対応する原画、すなわち、ホログラム面５２上の集光部の座標位置を窓として、その窓を通して観察される、図１のステップＳＴ１１〜１４で定義された可視化された断面を有する３次元物体、あるいは、図７のステップＳＴ２１〜２４で定義された可視化された断面を有する３次元物体の２次元画像を原画データとして作成し、この原画データを表示手段である液晶パネル５５に表示し、光学系４８を用いてホログラム面５２に原画に対応したドット状の要素ホログラムを形成し、ホログラム面５２上の集光部の座標位置を順次移動して表示すること、及び、要素ホログラムを形成することを繰り返して、ドット状の複数の要素ホログラムをホログラム面５２に形成し、ホログラム面５２に集光される物体光に対して、位相変調要素である疑似ランダム拡散板５１により位相変調を加えながら要素ホログラムを形成するようにしたものである。
【００９９】
ところで、ホログラフィックステレオグラムには、要素ホログラムａ1 〜ａN に記録する原画として、図１８の場合のように、要素ホログラムａ1 〜ａN の各領域を窓として、その窓を通して観察される３次元物体の２次元画像を用いる代わりに、その３次元物体を複数の方向に投影した画像を用いる方式がある（特許文献８）。この方式のホログラフィックステレオグラムの場合は、図２０のステップＳＴ５３において、グラフィックプロセッサ４２により、オリジナルの３次元データである図１のステップＳＴ１１〜１４で定義された可視化された断面を有する３次元物体のＣＧデータ、あるいは、図７のステップＳＴ２１〜２４で定義された可視化された断面を有する３次元物体のＣＧデータから、ホログラムの各要素ホログラムの領域に露光する原画パターンを、その方向に投影した画像として計算し、フレームメモリ４４に蓄積するようにする。また、この場合に、特許文献５等で知られているように、２ｓｔｅｐホログラフィックステレオグラムとして、ステップＳＴ５８で得られた第１のホログラムに再生照明光を照射し、再生された像を第２のホログラム乾板（感光材料）に記録することにより第２のホログラムを作成し、その第２のホログラムを可視化された断面を有する３次元物体が再生可能なホログラフィックステレオグラムとするようにしてもよい。
【０１００】
また、図１９、図２０の例では、ホログラフィックステレオグラムの要素ホログラムａ1 〜ａN に記録する原画データを表示装置（液晶パネル５５）に順に切り換えて表示し、その表示装置（液晶パネル５５）に表示された原画データのホログラムを要素ホログラムａ1 〜ａN として記録する例であったが、特許文献８、特許文献９に開示されているように、フィルムに原画データを一旦記録し、そのフィルムを送り出しながらフィルム上に記録された原画データを順に切り換え投影して要素ホログラムａ1 〜ａN として記録するようにしてもよい。
【０１０１】
以上、本発明の可視化断面を有する３次元物体が記録された計算機ホログラム、ホログラフィックステレオグラムの作成方法及び可視化断面を有する３次元物体が記録された計算機ホログラム、ホログラフィックステレオグラムをその原理と実施例に基づいて説明してきたが、本発明はこれら実施例に限定されず種々の変形が可能である。例えば、図１のステップＳＴ１１において取得する多数の２次元断面像データとしては、相互に平行な断面データでなく、１つの軸の周りで徐々に回転する断面で取得される多数の２次元断面像データであってもよい。
【０１０２】
また、本発明の以上のような可視化断面を有する３次元物体が記録された計算機ホログラム、ホログラフィックステレオグラムを、雑誌、単行本等の印刷物の所定位置に貼り付けて印刷物を構成することにより、断面が可視化されたリアリティーに富んだ３次元物体を第三者が容易に見ることができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【０１０３】
【図１】本発明の計算機ホログラムの作成工程を説明するためのフロー図である。
【図２】３次元物体の多数の２次元断面像データを取得する工程を説明するための模式図である。
【図３】３次元物体を表現するボクセルデータを作成する工程を説明するための模式図である。
【図４】３次元物体の形状を示すポリゴンデータを作成する工程を説明するための模式図である。
【図５】表面データのみからなる３次元物体を任意の断面で切り出した様子を示す模式図である。
【図６】断面にその面を表すポリゴンデータを追加して可視化する工程を説明するための模式図である。
【図７】本発明の計算機ホログラムの別の作成工程を説明するためのフロー図である。
【図８】多重化のためにＣＧＨ記録媒体の記録面上に複数の記録領域を定義する様子を示す模式図である。
【図９】ＣＧＨを多重記録する様子を説明するための模式図である。
【図１０】ＣＧＨの作成過程の概要を説明するためのフロー図である。
【図１１】ＣＧＨ記録の場合の隠面消去処理を説明するための模式図である。
【図１２】本発明においてＣＧＨの作成方法として利用できるその他の計算機合成ホログラムの原理を説明するための図である。
【図１３】図１２による計算機合成ホログラムから立体像が再生される様子を説明するための図である。
【図１４】図１２による計算機合成ホログラムの作成方法を説明するための図である。
【図１５】本発明においてＣＧＨの作成方法として利用できる別の形態の計算機合成ホログラムを説明するための図である。
【図１６】図１５による計算機合成ホログラムから立体像が再生される様子を説明するための図である。
【図１７】図１５による計算機合成ホログラムの作成方法を説明するための図である。
【図１８】本発明のホログラフィックステレオグラムの作成方法に適用するマルチドット方式によるホログラフィックステレオグラムの原理図である。
【図１９】本発明のマルチドット方式によるホログラフィックステレオグラムの作成システムの１例を示す概要図である。
【図２０】本発明のマルチドット方式によるホログラフィックステレオグラムの１例の作成工程を説明するためのフロー図である。
【符号の説明】
【０１０４】
１1 、１2 、１3 、・・・、１n …２次元断面像データ
２…３次元物体を表現するボクセル（ボリューム）データ
３…３次元物体の形状を示すポリゴンデータ（表面データ）
５1 …円筒の左断面
５2 …円筒の右断面
６…球の断面
７…直方体の断面
１０…ＣＧＨ化する３次元物体
１１…切り出す断面
２０…記録媒体
２１…物体波
２２…参照光
３１…仮想点光源群
３２…ＣＧＨ
３３…仮想集光点群
３５…再生照明光
３６…回折光
４０…ホストコンピュータ
４２…グラフィックプロセッサ
４４…フレームメモリ
４６…フィルム移動コントローラ
４８…光学系
４９…レーザ装置
５０…現像機
５１…疑似ランダム拡散板
５２…ホログラム乾板（ホログラム面、ホログラム）
５３…ビームスプリッタ
５５…液晶パネル
Ｆａ…断面で切り出していない元の３次元物体
Ｆｂ…断面を可視化した３次元物体
Ｆｃ…別の断面を可視化した３次元物体
Ａ１、Ｂ１、Ｃ１、Ａ２、Ｂ２、Ｃ２、Ａ３、Ｂ３、Ｃ３…記録領域
Ｇａ、Ｇｂ、Ｇｃ…グループ
Ｒａ、Ｒｂ、Ｒｃ…参照光
Ｏａ、Ｏｂ、Ｏｃ…物体光
Ｍ…観察者
Ｏ…立体物
Ｈ…体積ホログラム（体積ホログラム感光材料）
ａ1 〜ａN …微小な要素ホログラム
Ｂ1 〜Ｂ5 …光線
ＥL 、ＥR …観察者の左右の目
ＬＣＤ…表示装置
Ａ…参照光
【図１】
2005157337.tif 000003
【図２】
2005157337.tif 000004
【図３】
2005157337.tif 000005
【図４】
2005157337.tif 000006
【図５】
2005157337.tif 000007
【図６】
2005157337.tif 000008
【図７】
2005157337.tif 000009
【図８】
2005157337.tif 000010
【図９】
2005157337.tif 000011
【図１０】
2005157337.tif 000012
【図１１】
2005157337.tif 000013
【図１２】
2005157337.tif 000014
【図１３】
2005157337.tif 000015
【図１４】
2005157337.tif 000016
【図１５】
2005157337.tif 000017
【図１６】
2005157337.tif 000018
【図１７】
2005157337.tif 000019
【図１８】
2005157337.tif 000020
【図１９】
2005157337.tif 000021
【図２０】
2005157337.tif 000022